SPACE10：数字化建筑领域，当下实况与未来狂想（下）
Illustration from page 1062, Volume ll, Chapter XVII (1917),
of On Growth and Form by D'arcy
Wentworth Thompson
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目录
· 摘要
· 发展过程
·· 参数化的大爆炸
·· 增强现实 & 互动体验
·· 数字化制造
·· 机器人
· 激进的反思
· 离散论的出现
· 数字化的透明性
· 下一步：建造走向数字化
· 发展过程
#Progressing
·· 机器人
Robots
如果我们与机器一起工作，谁才是更专业的那个？
机器人已经成为社会文化的一部分有很长一段时间了，但是对于不同的人来说，它们依旧意味着不同的东西。有些人认为机器人只是洗衣机，有些人认为机器人是伴侣：电影《银翼杀手》中的瑞秋就是最典型的例子。然而，我们都不可否认，机器人将在成为我们未来日常生活中不可或缺的一部分。
“机器人”一词最早出现在卡雷尔·恰佩克（Karel Čapek）于1920年写的剧本R.U.R.（罗森的通用机器人），用来描述在机械性能上比人类更完美，更聪明的“人工人”。[1]之后，第一支工业机械臂（也就是Unimate）由美国发明家小乔治·德沃尔（George C Devol Jr）在1954年创造。
Unimate很快就被采用并取代了制造业中的人工劳动力：首先是通用汽车工厂经常出危险的压铸过程，后来又接替了许多繁琐而劳动力繁重的工作，例如焊接，提升和堆叠。Unimate在汽车行业具有巨大的影响力，并授权给像日本诺基亚等其他公司，使该技术得以在全球多个市场中得到推广。[2]
© Anne-Sophie Rosenvinge
2000年代初，机器人制造市场的激烈竞争使其成本大幅降低，这使建筑师和设计师们可更广泛地接触到它们。机器人制造公司本身也开始寻找替代产业。因此，建筑师在使用中开始思考：机械臂如何替代或增强设计中的人工劳动力？机器人如何提升空间体验？他们又如何协助施工过程？
R&Sie(n)的奥尔兹维格（Olzweg）是当代最早将机械臂在建筑中进行应用的建筑公司之一。[3]该方案规划里包括英国建筑师塞德里克·普莱斯（Cedric Price）1961年的作品娱乐宫殿（Fun Palace）的各个方面，强调了技术和人类之间进行的相互作用，并基于互动而且不断变化的空间。在奥尔兹维格里，一个机械臂被放在庭院中的移动平台上。通过将由回收玻璃元件组成的机械臂的移动和滑动，它建造了一个可变的永久的空间。R&Sie(n)提出了一种建筑生产的框架，该框架中心嵌入了机械臂，同时重新构想了人类居所。
Fun Palace Analyze © http://www.interactivearchitecture.org
尽管R&Sie(n)未能成功实现该项目，但它却颇具影响力，并激发了一系列将工业机器人手臂带入建筑设计的多元化作品。六年后，苏黎世联邦理工学院的格拉玛齐奥·科勒研究所（Gramazio Kohler Research）开始在实际情况中测试机械臂实现复杂曲率的潜力。
在2006年的编程墙（The Programmed Wall）项目中，一个工业机器人被用来按分布阵列拾取和放置砖块，以创建多孔的双曲面。[4]工业机器人的位置与奥尔兹维格中的位置类似，位于允许其递增移动以定位砖块的轨道上。
the Programmed Wall © Archpaper
2017年，这项技术被上海创盟国际建筑设计有限公司（Archi-Union Architects）用于在上海建造池社美术馆的前墙。同样在2017年，建造初创公司施工机器人（Construction Robotics）推出了砌砖机器人SAM，该机器人“将泥瓦匠的生产率提高了3-5倍，同时将举升幅度降低了80％”。[5]
某些限制在使用编程工业机器人代替人工来组装建筑元素的设计实验中产生。首先是机器本身的局限性。没有指令（即被编程过），它就无法移动，并且它受到半径和沿其移动的轴数的限制。此外，它需要一个末端执行器，即位于机械臂末端，可使机器人执行动作的装置，例如人类手臂末端的手。末端执行器是专门为要执行的任务而设计和制造的，因此需要进行定制。如果没有末端执行器或某种相应程序，工业机器人就无法真正独自完成任何事情。另外，在这两种模型中，机器人代替了人工。
池社美术馆前墙 © Arclinkart
近年来，“机器人是否能代替人类”这一批判性的问题激起了建筑界的思考，他们思考如何应对这些流动性，劳动力和定制化问题。由建筑师阿奇姆·蒙格斯（Achim Menges）领导的斯图加特大学计算设计与建设研究所（ICD）的工作开发了一种所谓的网际物理方法。在这里，虚拟数据和物理数据之间通过使用机器人技术和传感器技术相互链接。在2019年的BUGA 纤维庭院（Fiber Pavilion）中，自然界发现的建筑原理，即追溯到20世纪初的形态生成和生物原理；与先进的机器人技术和纤维复合材料相结合，实现了表现力强，重量轻且结构高效的建筑形式。[7]
Fiber Pavilion © Designboom
玛丽亚·亚布洛妮娜（Maria Yablonina）在斯图加特ICD（计算设计与建设研究所）的阿奇姆·蒙格斯（Achim Menges）的指导下学习，2015年，她的项目“细丝结构移动机器人制造系统”将网络物理方法向前推进了一步。在这个项目中，她设计了一系列移动的，由任务驱动的爬壁机器人，它们在较大的建造框架内半自动运行，将细丝或线状材料编织在一起以形成结构。
“在过去的十年中，我们看到了旨在与人类一起工作的自动移动机器人如何显着改变了人类劳动力在许多行业中的执行和分配方式，” 亚布洛妮娜解释道。“这种变化尚未在建造业和建筑业中发生，但这无疑只是时间问题。同时，我们不仅需要考虑使自动化最便捷的一系列任务，还需要研究该技术可能会改变建筑格局而不是建造的方式，从而潜在地影响我们占据建筑环境的方式。”但她也指出，就所有权和决策权问题提出疑问至关重要。她问道：“如果我们要与建筑机械共存，谁来控制建筑决策？”
半自动机器人协作的概念是当今许多建筑师和设计师针对不同应用程序和情境的应对方案。无人机技术具有半自动或完全自动运行的潜力，这取决于它们的程序和所运行的特定环境，并且可用于导航不适合人类居住的场地。[8]该领域的其他工作重新思考了模块化半自动机器人可以作为对建筑持久性的更大重新考虑的一部分，例如伦敦大学学院巴特莱特建筑学院（the Bartlett School of Architecture）的设计计算实验室（DCL）的工作。[9]
[1] Karl Čapek, R.U.R. (Rossum’s Universal Robots), Translated by Paul Selver and Nigel Playfair. Prague, 1921. 4.
[2] Ibid.
[3]Cca. “Olzweg - R&Sie(n) Project Records.” CCA. Accessed October 2, 2019. s10.io/olzweg.
[4] Brackets added.
[5] “The Programmed Wall, ETH Zurich, 2006.” Gramazio Kohler Research. Accessed October 2, 2019. s10.io/prgrmdwall.
[6] “SAM100.” Construction Robotics. Accessed October 2, 2019. s10.io/sam100.
[7]“BUGA Fibre Pavilion 2019.” Institute for Computational Design and Construction, 2019. s10.io/bugafibre.
[8]Projects which engage with these ideas come from, for example, the Autonomous Manufacturing Lab, UCL as well as the Wyss Institute at Harvard University and the Institute for Dynamic Systems and Control with Gramazio Kohler Research at ETH Zurich.
[9] “About.” Design Computation Lab. Accessed October 2, 2019. s10.io/dcl.
· 激进的反思
# Radical Rethinking
从零件到生产到材料，当一切都可以用前所未有的新方式观察的时候，建筑师的思维也该转变。
过去十年来，超级计算机、人工智能领域的信息和数据技术实现了技术飞跃（即所谓“大数据”革命），探索建筑机器人潜力的工作也变得可实现。[1]大数据与建筑领域2012年开始的数字革命有着密切的联系。也就是所谓的“第二次数字化转变”，使得新科技嵌入到建筑思维中。
构成和组建建筑元素的各个部分将能够以前所未有的分辨率和细节被重新观看。这促使建筑师重新思考建筑物的构成（从零件到材料）以及如何与建筑物交互（从设计到生产再到体验）。
建筑师亚历山德罗·巴瓦（Alessandro Bava）写道：“如何利用这些计算创新来更好地理解建筑物，从而设计城市规划干预措施、生产、施工过程的最佳路径？人工智能、AI如何使建筑师设计出能够更好地响应周围不断变化世界的新颖建筑？数字化工具如何使建筑师和设计师为更多人创造更好的建筑？”
[1]Carpo. The Second Digital Turn: Design Beyond Intelligence, MIT Press, 2017.
装配式：离散论的出现
# The Discrete
离散论建筑应理解为，由可以多种不同方式组合的自相似、序列化且可重复的零件套件组成。
在当下，数字化和自动化技术更方便为所有人所用。那么，由强烈的社会责任感与先进的数字技术相结合而被设计出的建筑，会是什么样子呢？
离散（The Discrete）作为一种新兴的概念，它重新思考了建筑的基本构造块。 [1]离散的核心是通过加快建筑物的计算和物理组装中的离散性概念来重新定义整个建筑生产链。[2]离散方法中的建筑应理解为由可以多种不同方式组合的自相似，序列化且可重复的零件套件组成。如今，离散可以通过有限的规则集来比以往任何时候都更快地计算出设计可能性，并建立起具有构造、环境、物质意义，并且具有社会意识的构筑物。
建筑师和理论家维欧拉·安格尔（Viola Ago）解释说：“建筑学作为一种行业和学科，需要重新定义其在建筑环境和美学语境中的作用。”
离散论颠覆了传统的由固定功能的固定部件组成的建筑范式。使用离散论进行装配的建筑零件套件通过不同的组合和拆解，并进行重组。这样，就没有预先确定的层次结构，而是在每个构件的设计中嵌入了可能性。离散论的概念认为，随着社会发展，建筑师需要重新思考这些基本构件如何在整个生产的各个阶段中实现更大的建筑公平性和民主思想。这提供了一个与所有人相关的紧迫问题（例如气候变化和移民问题）有关的建筑框架。
Common Hood © games-2020 #1
在普勒索拉项目（Plethora Project）工作的何塞·桑切斯（Jose Sanchez）创作的游戏Common’hood想象了一个未来的废土世界，玩家在缺少资源的地方通过建造发展自己的经济和社区。[3]这是一款通过在类制造实验室的环境中使用数字化制造工具、计算机数控铣削机床和平台来实现交流和互动的世界。在Commonhood的世界中，玩家能够根据自己的需求，去主动的交易与构建环境。这这款游戏中，“离散”的概念为玩家在游戏中的建筑生产提供了更适应和敏捷的框架。玩家之间可以进行合作，以便在整个设计过程中考虑建筑物或玩家生命周期内可能需要的更改。
Common Hood © games-2020 #2
[1]Retsin, Gilles, Philippe Morel, Daniel Koehler, Mollie Claypool, Achim Menges, Mario Carpo, Viola Ago, Marrikka Trotter, and Neil Leach. Discrete: Reappraising the Digital in Architecture. West Sussex, UK: John Wiley & Sons Ltd, 2019.
[2] Retsin, Gilles. “Discrete Architecture in the Age of Automation.” In Discrete: Reappraising the Digital in Architecture, 7–8.
[3] “Common'Hood.” Plethora Project. Accessed October 2, 2019. s10.io/cwm.
下一步：建造走向数字化
# What’s Next
Construction Goes Digital
数字建造下半场。
麦肯锡全球研究所（ McKinsey Global Institute）最近的一份报告向全球各地的人们揭露了一个建筑和建造业知悉已久的事实：建造业是世界上数字化程度最低的行业之一，仅次于狩猎。[1]此外，在建造业中，生产力自二战以来还没有增长过。[2]
尽管建筑设计实践使用数字工具至今已有30多年了，但是建造业却往往保持着高度的相似性，依赖于建筑工地上的半熟练或不熟练的体力劳动。这意味着建造业做好了使用集成和使用更多数字化技术的准备。这样，该行业的生产率将提高，创造更多就业机会，并且使得普通人将与数字化系统建立更多联系。
考虑到气候变化的影响、人员流动性的增加、物理空间的减少，将数字化工具和自动化技术集成到建筑实践中变得越来越迫切。建造能够有效利用本地资源而不是依赖全球供应链的建造实践，都是数字化建筑环境生产模式的可能性。
然而，这并不是说数字化创新从未在建造行业中使用过。自1978年以来，在严重的劳动力短缺的刺激下，日本的建造公司，例如鹿岛、熊谷、龟尾、小林和清水等日本建造公司就已经一直在开发自动化建筑技术。[3]今天，日本仍然是将自动化建造技术集成到行业的先驱。这一创新的重点一直集中在特定任务的自动化上，从铺设瓷砖的机器人到那些可以组装天花板元件或抹泥刀混凝土的机器人上。[4]
世界各地的各种建造技术公司开始向日本的创新学习，因为日本经历的短缺现象在许多国家也开始产生。例如，美国公司建造机器人（Built Robotics）开发了自动驾驶施工车辆用于施工现场移动土方和其他材料资源。[5]伦敦大学学院（UCL）和谷歌（Google）的自主制造实验室已经利用无人机技术调研对于人类来说过于危险或规模过大而将占用太多人力资源的场地环境。[6]
这些创新中的许多都围绕着使用自动化技术替代人工。使建筑生产自动化的其他发展重点并不在于使建筑工地本身自动化，而是把将在建筑工地上发生的许多过程转移到工厂环境中。这些发展集中在对嵌入在许多传统建造实践中的宏观组织和后勤问题推陈出新。
卡特拉（Katerra）是最早成为投资“独角兽”（即已获得超过10亿美元）的建筑初创企业之一，它开发了一种工厂制造建筑的模型。[7]建筑组件是由一家公司在一家工厂中设计，制造和组装的，类似于苹果公司（Apple）的计算机或iPhone。自从勒·柯布西耶（Le Corbusier）在1914年至1915年的多米诺屋（Maison Dom-Ino）诞生以来，这个想法就已经存在了，自动化的成熟发展使得工厂生产的建筑变得。与建立特斯拉（Tesla）工厂的方式相似，卡特拉可以以惊人的速度生产预制的建筑元素和建筑物，将传统建筑工地上经常存在的不同实践简化为一个工厂。
Maison Dom-Ino © Wikipedia
在后勤方面，一些公司也在寻求利用人工智能和机器学习的平台、网络应用程序类的自动化技术来简化其程序。Procore将一个项目中的所有利益相关者联系在一起，形成一个平台。[8]这样做的目的是使决策和过程更加有效和透明，传统上不透明的过程通常是建筑工地争议的根源。
在其他项目中，也有将自动化视为一种使居民参与城市环境生产的方式。人行道实验室（Sidewalk Labs）是谷歌（Google）在加拿大多伦多的一个项目，该项目从该城市居民那里收集数据，以改善基础设施决策和城市规模上的流动性。[9]这个项目有趣的点在于将人们在城市环境中的日常活动进行商业化。在这个项目中，T.F.蒂尔尼写道：“我们看到了城市规划从以市民为基础的模式向消费者模式的转变，在这里，所有公民的个人和环境数据都是一种经济资源”。 [10]城市中的居民成为私有公司设计其周围城市环境的资源。尽管从道德层面上讲，该项目已受到世界各地建筑师的广泛争论，但它突显了这样一种观念，即明天的建筑环境可能需要我们与自动化系统的交互变得更加透明。[11]
Sidewalk Labs master plan © BlogIO
[1] “Reinventing Construction: A Route to Higher Productivity”, McKinsey Global Institute, McKinsey & Company, February 2017.
[2] Ibid.
[3] Taylor, M., S. Wamuziri, and I. Smith. “Automated Construction in Japan.” Civil Engineering 156, no. 1 (2003): 34–41. s10.io/automjapan
[4] Ibid.
[5] “Building the Future of Construction.” Built Robotics. Accessed October 2, 2019. s10.io/bltrbtcs.
[6] “X - Wing.” X, the moonshot factory. Accessed October 2, 2019. s10.io/wing.
[7] “About - Katerra – North America.” Katerra. Accessed October 2, 2019. s10.io/ktra.
[8] “World's Leading Construction Management Software.” Procore. Accessed October 2, 2019. s10.io/prcre.
[9] “Sidewalk Labs.” Sidewalk Labs. Accessed October 2, 2019. s10.io/swl.
[10] Tierney, T F. “Toronto’s Smart City: Everyday Life or Google Life?” Architecture_MPS, January 2019. s10.io/trntsmart.
[11] Cecco, Leyland. “'Surveillance Capitalism': Critic Urges Toronto to Abandon Smart City Project.” The Guardian. Guardian News and Media, June 6, 2019. s10.io/survcap.
作者信息
#Writer
Mollie Claypool
Co-Director, Design Computation Lab (designcomputationlab.org)
Theory Coordinator, MArch Architectural Design
Managing Editor, Prospectives (journal.b-pro.org)
The Bartlett School of Architecture, UCL
本文图片除特别标注外，均由原作者提供
原文地址：https://space10.com/project/digital-in-architecture/
撰文 / Mollie Claypool
翻译 / Daedalus，Sai
新媒体编辑 / Sai
视觉 / Sai
© 建筑实践
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